JP2023032250A - Video display device and control method of the same - Google Patents

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亮 山▲崎▼
Akira Yamazaki
恭平 鈴木
Kyohei Suzuki
真 追川
Makoto Oikawa
俊輔 二宮
Shunsuke Ninomiya
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Abstract

To provide a smaller and lighter video display device that allows diopter adjustment according to point of fixation.SOLUTION: A video display device 101 comprises: first and second video display part 201a, 201b displaying videos corresponding respectively to a right eye and a left eye of a user; and first and second display optical systems 202a, 202b. First line of sight detection parts 203a, 204a and second line of sight detection parts 203b, 204b detect the line of sight of the user without the first and second display optical system 202a, 202b. The video display device 101 determines a position of a point of fixation of the user from the line of sight detection result, and calculates diopter adjustment amount corresponding to video parallax on the position of the point of fixation. First and second diopter adjustment parts 205a, 205b perform, on the basis of the diopter adjustment amount, diopter adjustment related to the first and second video display part 201a, 201b.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、異なる映像を使用者の左右の眼球に導くことにより映像を提示する技術に関する。 The present invention relates to a technique for presenting images by guiding different images to the left and right eyeballs of a user.

使用者の視線検出機能を有する映像表示装置では、注視点位置の視差に対応した視度調整量を算出して視度調整を行うことが可能である。特許文献1では、プリズムを用いた表示光学系を介して視線検出が行われる。視度調整による光学パワーの変更により視線検出に影響を与えないようにするために特殊なプリズムが採用される。また、使用者の注視点に応じて視度を調整する構成が採用されているので、立体視時の違和感が少なくなり、視聴時の酔いを抑制可能である。 In a video display device having a user's line of sight detection function, it is possible to adjust the visibility by calculating a visibility adjustment amount corresponding to the parallax of the gaze point position. In Patent Literature 1, line-of-sight detection is performed via a display optical system using a prism. A special prism is employed to ensure that changes in optical power due to diopter adjustment do not affect line-of-sight detection. In addition, since a configuration is adopted in which diopter is adjusted according to the user's gaze point, discomfort during stereoscopic viewing is reduced, and motion sickness during viewing can be suppressed.

特開平8-234141号公報JP-A-8-234141

従来の技術では、プリズムを採用する構成の場合、光学系の大型化や重量化の原因となる。ヘッドマウントディスプレイのように映像表示装置を使用者が頭部に装着して映像を見る場合、重量が大きく大型の光学系を有する装置は装着が困難である。仮に装着が可能であるとしても使用者の疲労が大きく、中長時間の視聴を行うことは困難である。
本発明の目的は、注視点の位置に応じた視度調整を実現しつつ、より小型で軽量な映像表示装置を提供することである。
In the conventional technology, when a prism is used, the optical system becomes large and heavy. When a user wears an image display device such as a head-mounted display on his or her head to view an image, it is difficult to wear a device that is heavy and has a large optical system. Even if it is possible to wear it, the fatigue of the user is great, and it is difficult to watch for a medium to long time.
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a smaller and lighter image display device while realizing dioptric power adjustment according to the position of the gaze point.

本発明の実施形態の映像表示装置は、使用者の右眼および左眼に対して第1および第2の映像をそれぞれ表示する第1および第2の映像表示部と、前記第1および第2の映像表示部にそれぞれ対応する第1および第2の表示光学系と、前記第1および第2の表示光学系を介さずに、前記第1および第2の映像表示部に係る視線検出をそれぞれ行う第1および第2の視線検出手段と、前記第1および第2の視線検出手段の検出結果から取得される注視点の位置における前記第1の映像と前記第2の映像との視差に対応する視度調整量を算出する算出手段と、前記視度調整量にしたがって前記第1および第2の映像表示部に係る視度調整を行う第1および第2の視度調整手段と、を備える。 An image display device according to an embodiment of the present invention includes first and second image display units for displaying first and second images to the right eye and left eye of a user, respectively; and first and second display optical systems respectively corresponding to the image display units of and line-of-sight detection related to the first and second image display units without passing through the first and second display optical systems, respectively. and the parallax between the first image and the second image at the position of the gaze point obtained from the detection results of the first and second line-of-sight detection means. and first and second diopter adjustment means for performing dioptric adjustment of the first and second image display units according to the dioptric adjustment amount. .

本発明によれば、注視点の位置に応じた視度調整を実現しつつ、より小型で軽量な映像表示装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a smaller and lighter image display device while realizing dioptric power adjustment according to the position of the gaze point.

本実施形態の映像表示装置の外観を示す概略図である。1 is a schematic diagram showing the appearance of a video display device according to an embodiment; FIG. 第1実施例に係る映像表示装置を上面側から見た場合の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the image display device according to the first embodiment when viewed from the top side; 注視時の眼球の輻輳角と視度について説明する概略図である。FIG. 4 is a schematic diagram illustrating the convergence angle and diopter of an eyeball when gazing; 映像表示装置のシステム全体の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the whole system of a video display apparatus. 視線検出から視度調整までの動作を説明するフローチャートである。4 is a flowchart for explaining operations from line-of-sight detection to diopter adjustment; 第2実施例に係る映像表示装置を上面側から見た場合の断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view of the image display device according to the second embodiment when viewed from the upper surface side; 第3実施例に係る映像表示装置を上面側から見た場合の断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view of the image display device according to the third embodiment when viewed from the upper surface side;

以下に、本発明の好ましい実施形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。実施形態では、視差を有する一対の映像を複数の映像表示部がそれぞれ表示し、複数の表示光学系を介して立体視表示を行うことが可能な映像表示装置の例として、ヘッドマウントディスプレイを示す。 Preferred embodiments of the present invention are described in detail below with reference to the accompanying drawings. In the embodiments, a head-mounted display is shown as an example of an image display device capable of displaying a pair of images having parallax on each of a plurality of image display units and performing stereoscopic display via a plurality of display optical systems. .

[第1実施例]
図1は、本実施例に係る映像表示装置の外観を示す概略図である。映像表示装置101は、使用者の頭部102に装着するためのベルト部101aを有する。使用者は右眼103aと左眼103bで映像表示装置101による映像を観察する。
[First embodiment]
FIG. 1 is a schematic diagram showing the appearance of a video display device according to this embodiment. The image display device 101 has a belt portion 101a to be worn on the head 102 of the user. The user observes the image by the image display device 101 with the right eye 103a and the left eye 103b.

図2を参照して、本実施例に係る映像表示装置について説明する。図2は映像表示装置101を上面側から見た場合の模式的な断面図である。図2において使用者の右眼103aに対応する構成要素の符号にはaを付記し、使用者の左眼103bに対応する構成要素の符号にはbを付記している。 A video display device according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the video display device 101 viewed from above. In FIG. 2, the reference numerals of the components corresponding to the user's right eye 103a are appended with a, and the reference numerals of the components corresponding to the user's left eye 103b are appended with b.

映像表示部は、右眼用の映像表示部201aと、左眼用の映像表示部201bから成る。映像表示部は液晶ディスプレイや有機EL(Electro Luminescence)ディスプレイ等で構成される。表示光学系202aは映像表示部201aの映像を右眼103aに導く光学系であり、その光軸をLaと表記する。表示光学系202bは映像表示部201bの映像を左眼103bに導く光学系であり、その光軸をLbと表記する。簡略化のため、図2の表示光学系202a,202bはいずれも1枚のレンズで図示されているが、複数枚のレンズによる光学系や、フレネル素子により薄型化した光学系等の様々な光学系がある。 The image display unit includes an image display unit 201a for the right eye and an image display unit 201b for the left eye. The image display unit is configured by a liquid crystal display, an organic EL (Electro Luminescence) display, or the like. The display optical system 202a is an optical system that guides the image on the image display unit 201a to the right eye 103a, and its optical axis is denoted as La. The display optical system 202b is an optical system that guides the image on the image display unit 201b to the left eye 103b, and its optical axis is denoted as Lb. For the sake of simplification, the display optical systems 202a and 202b in FIG. 2 are both illustrated with a single lens, but various optical systems such as an optical system with a plurality of lenses and an optical system made thin by a Fresnel element can be used. There is a system

視線検出カメラ203aは右眼103aの視線を検出し、その光軸をLGaと表記する。視線検出カメラ203bは左眼103bの視線を検出し、その光軸をLGbと表記する。視線検出カメラ203a,203bは、それぞれ表示光学系202a,202bの側面近傍に配置されており、表示光学系202a,202bを介さずに使用者の視線を捉えることができる。視線検出カメラ203aの光軸LGaは、右眼103aに対して正面に映像を表示する表示光学系202aの光軸Laに対して角度θ1aで傾いた状態である。同様に視線検出カメラ203bの光軸LGbは、左眼103bに対して正面に映像を表示する表示光学系202bの光軸Lbに対して角度θ1bで傾いた状態である。このように視線検出カメラ203a,203bは、表示光学系202a,202bを介さずに視線を検出する。よって、従来の構成とは異なり表示光学系202a,202bはシンプルな構成となり、より軽量で小型の表示光学系を実現できる。 The line-of-sight detection camera 203a detects the line of sight of the right eye 103a, and its optical axis is denoted as LGa. The line-of-sight detection camera 203b detects the line of sight of the left eye 103b, and its optical axis is denoted as LGb. The line-of-sight detection cameras 203a and 203b are arranged near the side surfaces of the display optical systems 202a and 202b, respectively, and can capture the user's line of sight without passing through the display optical systems 202a and 202b. The optical axis LGa of the line-of-sight detection camera 203a is inclined at an angle θ1a with respect to the optical axis La of the display optical system 202a that displays an image in front of the right eye 103a. Similarly, the optical axis LGb of the line-of-sight detection camera 203b is inclined at an angle θ1b with respect to the optical axis Lb of the display optical system 202b that displays an image in front of the left eye 103b. Thus, the line-of-sight detection cameras 203a and 203b detect the line of sight without using the display optical systems 202a and 202b. Therefore, the display optical systems 202a and 202b have a simpler structure than the conventional structure, and a lighter and smaller display optical system can be realized.

赤外照明部204aは、右眼103aにおける視線検出カメラ203aに関する照明を行い、角膜反射像を形成する。同様に赤外照明部204bは、左眼103bにおける視線検出カメラ203bに関する照明を行い、角膜反射像を形成する。赤外照明部204a,204bには赤外LED(発光ダイオード)等が用いられる。図2にて赤外照明部204a,204bは、それぞれ1つのみが図示されているが、実際にはそれぞれ表示光学系202a,202bを囲むように複数個配置されている。 The infrared illumination unit 204a performs illumination for the line-of-sight detection camera 203a in the right eye 103a to form a corneal reflection image. Similarly, the infrared illumination unit 204b performs illumination for the line-of-sight detection camera 203b in the left eye 103b to form a corneal reflection image. Infrared LEDs (light emitting diodes) or the like are used for the infrared illumination units 204a and 204b. Although only one infrared illumination unit 204a, 204b is shown in FIG. 2, a plurality of infrared illumination units 204a, 204b are actually arranged so as to surround the display optical systems 202a, 202b.

このように視線検出カメラと赤外照明部により、使用者の右眼と左眼の視線検出を行うことが可能である。つまり視線検出カメラ203a,203bおよび赤外照明部204a,204bは視線検出手段を構成する。 In this way, it is possible to detect the sight lines of the user's right eye and left eye by using the sight line detection camera and the infrared illuminator. That is, the line-of-sight detection cameras 203a and 203b and the infrared illumination units 204a and 204b constitute line-of-sight detection means.

視線検出方法については、眼球の瞳孔像と赤外照明による角膜反射像を用いた公知の方法が用いられるので、その詳細な説明を省略する。また、本実施例の視線検出手段は使用者の眼に対して傾いた位置から眼球像を捉える。そのため、視線検出カメラが捉える瞳孔や角膜反射像にはパース(Perspective)による歪みが発生するが、補正を施すことで良好に視線を検出することができる。 As for the sight line detection method, a known method using a pupil image of an eyeball and a corneal reflection image obtained by infrared illumination is used, so detailed description thereof will be omitted. Also, the line-of-sight detecting means of this embodiment captures an eyeball image from a position tilted with respect to the user's eyes. Therefore, the pupil and the corneal reflection image captured by the line-of-sight detection camera are distorted due to perspective, but the line of sight can be detected satisfactorily by performing correction.

視度調整部205aは、映像表示部201aを光軸Laの方向に駆動することで視度調整を行う。視度調整部205bは、映像表示部201bを光軸Lbの方向に駆動することで視度調整を行う。視度調整では、使用者の左右の眼の視力に合わせて度数の調整が行われる。視度調整部205a,205bは直線駆動が可能なモータを有する。モータの駆動方式は限定されないが、映像表示装置101の使用時に使用者の耳の近くに位置するため静粛性の高いモータが好ましく、例えば、摩擦を利用した超音波モータや電磁力を利用したボイスコイルモータが用いられる。 The visibility adjustment unit 205a adjusts visibility by driving the image display unit 201a in the direction of the optical axis La. The visibility adjustment unit 205b adjusts visibility by driving the image display unit 201b in the direction of the optical axis Lb. Dioptric power is adjusted according to the visual acuity of the left and right eyes of the user. The visibility adjustment units 205a and 205b have motors capable of linear driving. Although the motor driving method is not limited, a motor with high quietness is preferable because it is positioned near the user's ear when the image display device 101 is used. A coil motor is used.

視度調整部205a,205bは、視線検出手段による検出結果から決定される注視点の位置における視度調整量に基づいて視度調整を行う。映像表示部201a,201bと表示光学系202a,202bとの、それぞれの間隔を変更することで視度が調整される。視度調整は注視点が変更されるたびにリアルタイムで行われ、これにより映像鑑賞時の使用者の酔いや疲労を軽減する効果を奏する。その詳細について、図3を用いて説明する。 The diopter adjustment units 205a and 205b perform diopter adjustment based on the diopter adjustment amount at the position of the gaze point determined from the detection result by the sight line detection means. Diopter is adjusted by changing the respective distances between the image display units 201a and 201b and the display optical systems 202a and 202b. The dioptric power adjustment is performed in real time each time the gaze point is changed, which has the effect of reducing sickness and fatigue of the user when viewing the video. Details thereof will be described with reference to FIG.

図3は注視時の眼球の輻輳角と視度について説明する概略図である。図3(A)は現実世界における注視時の状態を示し、図3(B)は映像表示装置101における注視時の状態を示す。図3(A)にて、現実世界で観察者は距離A1だけ離れた位置にある物点301を注視している状態である。観察者の右眼103aの視線Ga1と、観察者の左眼の視線Gb1とは、物点301上で交わり、角度B1をなす。角度B1は観察者が物点301を注視したときの輻輳角に相当する。このとき、観察者の眼球の視度に関して、距離A1にピントが合うように水晶体が変化し、図中の光線Da1,Db1で示すように、物点301を発する光線は眼球内の網膜上の略一点に集まる。すなわち、現実世界では輻輳角B1に対応する距離と視度に対応する距離A1とが常に一致している。 FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the angle of convergence and diopter of the eyeball during gaze. FIG. 3A shows the state of gaze in the real world, and FIG. 3B shows the state of gaze on the image display device 101 . In FIG. 3A, the observer is gazing at an object point 301 at a distance A1 in the real world. The line of sight Ga1 of the observer's right eye 103a and the line of sight Gb1 of the observer's left eye intersect at the object point 301 to form an angle B1. The angle B1 corresponds to the convergence angle when the observer gazes at the object point 301 . At this time, with respect to the diopter of the observer's eyeball, the crystalline lens changes so that the focus is on the distance A1, and as indicated by rays Da1 and Db1 in the figure, rays emitted from the object point 301 are projected onto the retina in the eyeball. Converge at roughly one point. That is, in the real world, the distance corresponding to the convergence angle B1 and the distance A1 corresponding to diopter always match.

一方、図3(B)では、映像表示装置101にて観察者が距離A1だけ離れた位置にある物点301を注視している状態である。輻輳角B1については、図3(A)に示される現実世界の場合と同じである。虚像位置302は、観察者が第1の映像表示部201aと第2の映像表示部201bを、第1の表示光学系202aと第2の表示光学系202bをそれぞれ通して観察した場合の虚像位置である。虚像位置302は眼103a,103bから距離A2(>距離A1)だけ離れた位置である。眼球の視度に関しては距離A2にピントが合うように水晶体が変化し、図中の光線Da2,Db2で示すように、虚像位置302を発する光線は眼球内の網膜上の略一点に集まる。すなわち、これが映像表示装置101による立体視の原理であり、虚像位置302に対して輻輳角B1を与えることで、観察者はあたかも点301上に物体があるように視覚で認識する。しかしながら、映像表示装置101では現実世界と異なり、輻輳角B1に対応する距離と視度に対応する距離A2とが一致していない。これがいわゆる輻輳と視度調整の矛盾であり、観察者の酔いや疲労の主原因となっている。 On the other hand, FIG. 3B shows a state in which the observer is gazing at an object point 301 at a position separated by a distance A1 on the image display device 101 . The convergence angle B1 is the same as in the real world shown in FIG. 3(A). The virtual image position 302 is the virtual image position when the observer observes the first image display unit 201a and the second image display unit 201b through the first display optical system 202a and the second display optical system 202b, respectively. is. A virtual image position 302 is a position away from the eyes 103a and 103b by a distance A2 (>distance A1). As for the diopter of the eyeball, the lens changes so that the focus is on the distance A2, and the light rays emitted from the virtual image position 302 converge at approximately one point on the retina in the eyeball, as indicated by light rays Da2 and Db2 in the figure. That is, this is the principle of stereoscopic vision by the video display device 101. By giving the convergence angle B1 to the virtual image position 302, the observer visually perceives as if an object were on the point 301. FIG. However, in the video display device 101, unlike the real world, the distance corresponding to the angle of convergence B1 and the distance A2 corresponding to diopter do not match. This is the so-called contradiction between vergence and diopter adjustment, and is the main cause of sickness and fatigue of observers.

そこで、本実施例では図2に示すように、映像表示部201a,201bと表示光学系202a,202bとの間隔を変更することで、図3(B)における虚像位置302を変化させることができる。例えば、視線検出手段によって、観察者が点301を注視していることが検出される場合を想定する。距離A2にある虚像位置302に対して距離A1となるように、映像表示部と表示光学系との間隔が変更される。これにより、図3(A)で示すように、輻輳角に対応する距離と視度に対応する距離とが一致し、より自然な観察が可能となり、同時に酔いや疲労を軽減することが可能である。なお、映像表示部と表示光学系との間隔を変更する場合、映像表示部と表示光学系のうち、少なくとも一方を駆動すればよい。つまり、映像表示部または表示光学系を駆動する実施形態と、映像表示部および表示光学系を駆動する実施形態がある。 Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 2, by changing the distance between the image display units 201a and 201b and the display optical systems 202a and 202b, the virtual image position 302 in FIG. 3B can be changed. . For example, it is assumed that the line-of-sight detection means detects that the observer is gazing at the point 301 . The distance between the image display unit and the display optical system is changed so that the virtual image position 302 at the distance A2 is at the distance A1. As a result, as shown in FIG. 3(A), the distance corresponding to the angle of convergence and the distance corresponding to the diopter match, enabling more natural observation, and at the same time reducing motion sickness and fatigue. be. When changing the distance between the image display section and the display optical system, at least one of the image display section and the display optical system should be driven. That is, there are embodiments in which the image display section or the display optical system is driven, and embodiments in which the image display section and the display optical system are driven.

次に図4、図5を用いて映像表示装置101の動作を説明する。図4は本実施例の映像表示装置101のシステム全体の構成を示すブロック図である。映像表示装置101の演算処理部401はCPU(中央演算処理装置)等を備え、システム全体の制御を統括する。演算処理部401には、映像表示部201a,201b、視線検出カメラ203a,203b、赤外照明部204a,204b、視度調整部205a,205bが接続されている。 Next, the operation of the video display device 101 will be described with reference to FIGS. 4 and 5. FIG. FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the entire system of the image display device 101 of this embodiment. An arithmetic processing unit 401 of the video display device 101 includes a CPU (Central Processing Unit) and the like, and controls the entire system. Image display units 201a and 201b, line-of-sight detection cameras 203a and 203b, infrared illumination units 204a and 204b, and visibility adjustment units 205a and 205b are connected to arithmetic processing unit 401 .

映像表示装置101は、電源402、無線部403、スピーカ404a,404bを備える。無線部403を介したネットワークへの接続により、使用者は動画のコンテンツ等を映像表示装置101で視聴可能である。 The video display device 101 includes a power supply 402, a radio section 403, and speakers 404a and 404b. By connecting to the network via the wireless unit 403 , the user can view moving image content or the like on the video display device 101 .

図5のフローチャートを参照して、視線検出から視度調整までの動作について説明する。図5のフローチャートに対応するプログラムは演算処理部401内の記憶部に格納されている。まずS501にて、視線検出カメラ203a,203bおよび赤外照明部204a,204bを用いて、使用者の右眼103a,左眼103bの各視線検出が行われる。 Operations from line-of-sight detection to diopter adjustment will be described with reference to the flowchart of FIG. A program corresponding to the flowchart of FIG. First, in S501, sight lines of the user's right eye 103a and left eye 103b are detected using sight line detection cameras 203a and 203b and infrared illumination units 204a and 204b.

次にS502で演算処理部401は、右眼103aの視線と左眼103bの視線から注視点を決定する処理を実行する。注視点の算出にあたっては右眼と左眼の視線に関する平均値が用いられる。S503で演算処理部401は、映像表示部201a,201bに表示する映像の注視点の位置における視度調整量を算出する処理を実行する。具体的には、右眼の注視点位置の映像と左眼の注視点位置の映像との視差が算出され、この視差から視度調整量が導出される。例えば、映像表示装置101は視差と視度調整量とを対応付けたデータテーブルを備えており、視差に対応する視度調整量を算出することができる。あるいは視差と視度調整量との関係を表す数式を用いて演算処理部401により視差から視度調整量を算出することができる。 Next, in S502, the arithmetic processing unit 401 executes processing for determining a gaze point from the line of sight of the right eye 103a and the line of sight of the left eye 103b. An average value of the sight lines of the right eye and the left eye is used to calculate the gaze point. In S503, the arithmetic processing unit 401 executes processing for calculating the diopter adjustment amount at the position of the gaze point of the images displayed on the image display units 201a and 201b. Specifically, the parallax between the image at the point-of-regard position for the right eye and the image at the point-of-regard position for the left eye is calculated, and the parallax adjustment amount is derived from this parallax. For example, the image display device 101 has a data table that associates parallax and visibility adjustment amount, and can calculate the visibility adjustment amount corresponding to the parallax. Alternatively, the arithmetic processing unit 401 can calculate the diopter adjustment amount from the parallax using a mathematical expression representing the relationship between the parallax and the diopter adjustment amount.

S504では、算出された視度調整量に基づき、視度調整部205a,205bを構成するモータが駆動される。その結果、映像表示部201a,201bと表示光学系202a,202bとの間隔を変更する動作が行われる。以上の動作は、注視点が変更されるたびに行われるので、リアルタイムに視度調整を行って視度を変更することが可能である。 In S504, the motors constituting the visibility adjustment units 205a and 205b are driven based on the calculated visibility adjustment amount. As a result, the operation of changing the distance between the image display units 201a and 201b and the display optical systems 202a and 202b is performed. Since the above operation is performed each time the gaze point is changed, it is possible to change the diopter by adjusting the diopter in real time.

ところで、人間の視線は固視微動といわれる高周波の微動を含む。S501では微動成分を除去した滑らかな視線検出を行うことができる。本実施例では右眼と左眼とで独立した視度調整部205a,205bの駆動が可能であるので、左右の視力が異なる使用者にも対応可能である。また、視線検出カメラ203a,203bは、表示光学系202a,202bを介さずに視線検出を行う。そのため、表示光学系の大型化を抑制し、軽量で小型な構成で、表示光学系に係る視度調整による影響を受けにくい視線検出を実現できる。 By the way, the human line of sight contains high-frequency micro-movements called fixational eye micro-movements. In S501, smooth line-of-sight detection can be performed by removing the fine movement component. In this embodiment, it is possible to drive the dioptric power adjusters 205a and 205b independently for the right eye and the left eye, so it is possible to accommodate users with different visual acuity in the left and right eyes. Also, the line-of-sight detection cameras 203a and 203b perform line-of-sight detection without using the display optical systems 202a and 202b. Therefore, it is possible to suppress an increase in the size of the display optical system, and achieve line-of-sight detection with a lightweight and compact configuration that is less susceptible to diopter adjustment related to the display optical system.

本実施例によれば、注視点の位置に応じた視度調整を実現しつつ、より小型で軽量な映像表示装置を提供することができる。 According to the present embodiment, it is possible to provide a smaller and lighter image display device while realizing dioptric power adjustment according to the position of the gaze point.

[第2実施例]
図6を参照して、本発明の第2実施例に係る映像表示装置について説明する。本実施例では、表示光学系の光軸と視線検出カメラの光軸とのなす角度を小さくするために、表示光学系と眼との間に光路変更手段の役割を果たす反射部材を配置した例を示す。この構成では、より高精度な視線検出が可能となる。なお、第1実施例と同様の事項については既に使用した符号を用いることで、それらの詳細な説明を省略し、相違点を主に説明する。このような説明の省略方法は後述の実施例でも同じである。
[Second embodiment]
A video display apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, in order to reduce the angle between the optical axis of the display optical system and the optical axis of the line-of-sight detection camera, a reflecting member that functions as an optical path changing means is arranged between the display optical system and the eye. indicate. This configuration enables line-of-sight detection with higher accuracy. By using the same reference numerals as those of the first embodiment, detailed description thereof will be omitted, and differences will be mainly described. This method of omitting descriptions is the same for the embodiments described later.

図6は、本実施例の映像表示装置101を上面側から見た場合の模式的な断面図である。反射部材601a,601bはそれぞれ、使用者の眼103a,103bと表示光学系202a,202bとの間に配置されており、光路変更手段の役割を果たす。 FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the video display device 101 of this embodiment as viewed from above. The reflecting members 601a and 601b are arranged between the user's eyes 103a and 103b and the display optical systems 202a and 202b, respectively, and serve as optical path changing means.

図6において、使用者の右眼103aに対する視線検出カメラ203aの光学系の光軸をLGa2で示す。また使用者の左眼103bに対する視線検出カメラ203bの光学系の光軸をLGb2で示す。視線検出カメラ203a,203bは、それぞれ表示光学系202a,202bの側面よりも使用者側の位置に配置されており、反射部材601a,601bを介して使用者の視線を捉えることができる。なお、第1実施例と同様に視線検出カメラ203a,203bは、表示光学系202a,202bを介さずに使用者の視線を捉えることができる。 In FIG. 6, the optical axis of the optical system of the line-of-sight detection camera 203a for the user's right eye 103a is denoted by LGa2. LGb2 denotes the optical axis of the optical system of the line-of-sight detection camera 203b for the user's left eye 103b. The line-of-sight detection cameras 203a and 203b are arranged at positions closer to the user than the side surfaces of the display optical systems 202a and 202b, respectively, and can catch the line of sight of the user via the reflecting members 601a and 601b. As in the first embodiment, the line-of-sight detection cameras 203a and 203b can capture the user's line of sight without using the display optical systems 202a and 202b.

本実施例にて、光軸LGa2と光軸Laとがなす角度をθ2aと表記し、光軸LGb2と光軸Lbとがなす角度をθ2bと表記する。視線検出カメラ203aは、光軸Laに対して角度θ2aの傾いた位置から眼103aを捉えている。同様に視線検出カメラ203bは、光軸Lbに対して角度θ2bの傾いた位置から眼103bを捉えている。角度θ2a,θ2bは、第1実施例で示した角度θ1a,θ1bより大幅に小さくなっている。よって視線検出カメラが捉える瞳孔や角膜反射像に発生するパースによる歪みは大幅に小さくなる。こうすることで、より正面から見た眼球に近い画像を取得できるので、より高精度な視線検出が可能である。特に眼球が視線検出カメラ203aまたは203bから離れる方向に回転した際には、パースによる瞳孔部の歪みが大きくなる。本実施例のように反射部材601a,601bを備える構成によれば、視線検出精度を向上させる効果が大きい。 In this embodiment, the angle formed by the optical axis LGa2 and the optical axis La is denoted by θ2a, and the angle formed by the optical axis LGb2 and the optical axis Lb is denoted by θ2b. The line-of-sight detection camera 203a captures the eye 103a from a position inclined at an angle θ2a with respect to the optical axis La. Similarly, the line-of-sight detection camera 203b captures the eye 103b from a position inclined at an angle θ2b with respect to the optical axis Lb. The angles .theta.2a and .theta.2b are significantly smaller than the angles .theta.1a and .theta.1b shown in the first embodiment. Therefore, the perspective distortion generated in the pupil and corneal reflection image captured by the line-of-sight detection camera is greatly reduced. By doing so, it is possible to obtain an image that is closer to the eyeball seen from the front, so that it is possible to detect the line of sight with higher accuracy. In particular, when the eyeball rotates away from the line-of-sight detection camera 203a or 203b, distortion of the pupil due to perspective increases. According to the configuration provided with the reflecting members 601a and 601b as in the present embodiment, the effect of improving the line-of-sight detection accuracy is large.

視線検出カメラ203a,203bは、赤外照明部204a,204bの赤外線による赤外画像を用いて視線検出を行う。反射部材601a,601bは、赤外線を反射し、可視光を透過する特性を有する。これにより映像表示部201a,201bの光損失を抑制しつつ、使用者に映像を提示することができる。また、本実施例においても視線検出カメラ203a,203bは表示光学系202a,202bを介さずに視線検出が行われるので、第1実施例と同等の効果を奏する。 The line-of-sight detection cameras 203a and 203b perform line-of-sight detection using infrared images obtained by the infrared illumination units 204a and 204b. The reflecting members 601a and 601b have the property of reflecting infrared rays and transmitting visible light. Accordingly, it is possible to present images to the user while suppressing optical loss in the image display units 201a and 201b. Also in this embodiment, since the line-of-sight detection cameras 203a and 203b perform line-of-sight detection without the intervention of the display optical systems 202a and 202b, the same effect as in the first embodiment is obtained.

[第3実施例]
図7を参照して、本発明の第3実施例に係る映像表示装置について説明する。以下、第2実施例との相違点を説明する。本実施例では、表示光学系にて電気的なスイッチングによって焦点変更が可能な液晶型光学素子を用いる構成を示す。この構成により、表示光学系自体が視度調整手段を兼ねるので、映像表示装置の小型化に効果的である。
[Third embodiment]
A video display device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Differences from the second embodiment will be described below. In this embodiment, a configuration using a liquid crystal type optical element capable of changing the focus by electrical switching in the display optical system is shown. With this configuration, the display optical system itself also serves as the diopter adjustment means, which is effective in reducing the size of the image display device.

図7は、本実施例の映像表示装置101を上面側から見た場合の模式的な断面図である。光学素子701a,701bは表示光学系を構成し、液晶のスイッチングに基づく配向特性の変更により焦点距離を変更することが可能である。このような光学素子としては、フレネル型の構造を用いた素子や、偏光特性を組み合わせた素子等がある。 FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of the video display device 101 of this embodiment as viewed from above. The optical elements 701a and 701b constitute a display optical system, and it is possible to change the focal length by changing the alignment characteristics based on the switching of the liquid crystal. Such an optical element includes an element using a Fresnel structure, an element having a combination of polarization characteristics, and the like.

表示光学系を構成する光学素子701a,701bは、使用者の眼に対して映像表示部201a,201bの映像を導くだけではなく、視度調整手段をも兼ねる。したがって、映像表示部201a,201bと光学素子701a,701bとの間隔を変更する直線駆動モータは不要となるので、映像表示装置101をさらに小型化することが可能となる。なお、本実施例において視線検出カメラ203a,203bは、光学素子701a,701bを介さずに視線検出を行う。 The optical elements 701a and 701b constituting the display optical system not only guide the images of the image display units 201a and 201b to the user's eyes, but also serve as diopter adjusting means. Therefore, since a linear driving motor for changing the distance between the image display units 201a and 201b and the optical elements 701a and 701b is not required, the image display device 101 can be further miniaturized. In this embodiment, the line-of-sight detection cameras 203a and 203b perform line-of-sight detection without using the optical elements 701a and 701b.

本実施例によれば第2実施例の効果に加えて、電気信号により焦点距離の変更が可能な平板状の光学素子701a,701bを用いることで、より小型の映像表示装置101を実現できる。 According to this embodiment, in addition to the effects of the second embodiment, by using the flat optical elements 701a and 701b whose focal lengths can be changed by electrical signals, a more compact image display device 101 can be realized.

前記実施形態では、従来例のように光学系が大型化せず、より軽量で小型な構成であって、かつ表示光学系の視度調整による影響を受けずに視線検出を実現することができる。すなわち、注視点の位置に応じた視度調整を実現しつつ、小型化や軽量化の実現が可能である。本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。 In the above-described embodiment, unlike the conventional example, the optical system does not become large-sized, the structure is lighter and more compact, and line-of-sight detection can be realized without being affected by the diopter adjustment of the display optical system. . In other words, it is possible to realize reduction in size and weight while realizing diopter adjustment according to the position of the gaze point. Although preferred embodiments of the present invention have been described, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and changes are possible within the scope of the gist.

[その他の実施形態]
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
[Other embodiments]
The present invention supplies a program that implements one or more functions of the above-described embodiments to a system or device via a network or a storage medium, and one or more processors in the computer of the system or device reads and executes the program. It can also be realized by processing to It can also be implemented by a circuit (for example, ASIC) that implements one or more functions.

101 映像表示装置
201a,201b 映像表示部
202a,202b 表示光学系
203a,203b,204a,204b 視線検出部
205a,205b 視度調整部
601a,601b 反射部材(光路変更手段)
701a,701b 光学素子

101 Image display device 201a, 201b Image display unit 202a, 202b Display optical system 203a, 203b, 204a, 204b Line of sight detection unit 205a, 205b Visibility adjustment unit 601a, 601b Reflecting member (optical path changing means)
701a, 701b optical elements

Claims (8)

使用者の右眼および左眼に対して第1および第2の映像をそれぞれ表示する第1および第2の映像表示部と、
前記第1および第2の映像表示部にそれぞれ対応する第1および第2の表示光学系と、
前記第1および第2の表示光学系を介さずに、前記第1および第2の映像表示部に係る視線検出をそれぞれ行う第1および第2の視線検出手段と、
前記第1および第2の視線検出手段の検出結果から取得される注視点の位置における前記第1の映像と前記第2の映像との視差に対応する視度調整量を算出する算出手段と、
前記視度調整量にしたがって前記第1および第2の映像表示部に係る視度調整を行う第1および第2の視度調整手段と、を備える
ことを特徴とする映像表示装置。
first and second image display units for displaying first and second images to the right eye and left eye of the user, respectively;
first and second display optical systems respectively corresponding to the first and second image display units;
first and second line-of-sight detection means for performing line-of-sight detection related to the first and second image display units, respectively, without passing through the first and second display optical systems;
a calculating means for calculating a diopter adjustment amount corresponding to the parallax between the first image and the second image at the position of the point of gaze obtained from the detection results of the first and second line-of-sight detecting means;
and first and second visibility adjusting means for adjusting the visibility of the first and second image display units according to the visibility adjustment amount.
前記第1および第2の映像表示部は、視差を有する前記第1および第2の映像をそれぞれ表示し、前記第1および第2の表示光学系を介して立体視表示を行う
ことを特徴とする請求項1に記載の映像表示装置。
The first and second image display units display the first and second images having parallax, respectively, and perform stereoscopic display via the first and second display optical systems. The video display device according to claim 1.
前記第1の視度調整手段は、前記第1の映像表示部および第1の表示光学系のうち、少なくとも一方を駆動することで視度調整を行い、
前記第2の視度調整手段は、前記第2の映像表示部および第2の表示光学系のうち、少なくとも一方を駆動することで視度調整を行う
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の映像表示装置。
The first visibility adjustment means adjusts visibility by driving at least one of the first image display unit and the first display optical system,
The second diopter adjustment means adjusts the diopter by driving at least one of the second image display unit and the second display optical system. 3. The video display device according to 2.
前記第1および第2の表示光学系に対して使用者の側にそれぞれ配置された第1および第2の光路変更手段を備え、
前記第1の視線検出手段は、前記第1の光路変更手段を介して視線検出を行い、
前記第2の視線検出手段は、前記第2の光路変更手段を介して視線検出を行う
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の映像表示装置。
First and second optical path changing means arranged on the user's side with respect to the first and second display optical systems,
The first line-of-sight detection means performs line-of-sight detection via the first optical path changing means,
The image display device according to any one of claims 1 to 3, wherein the second line-of-sight detection means performs line-of-sight detection via the second optical path changing means.
前記第1および第2の視線検出手段は、赤外照明部および視線検出カメラを備え、
前記第1および第2の光路変更手段は、赤外線を反射し、可視光を透過する特性を有する
ことを特徴とする請求項4に記載の映像表示装置。
The first and second line-of-sight detection means comprise an infrared illuminator and a line-of-sight detection camera,
5. The image display device according to claim 4, wherein the first and second optical path changing means have characteristics of reflecting infrared rays and transmitting visible light.
前記第1および第2の表示光学系は、電気信号により焦点距離の変更が可能な平板状の光学素子により構成され、
前記第1および第2の表示光学系はそれぞれ、前記第1および第2の視度調整手段を兼ねる
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の映像表示装置。
The first and second display optical systems are composed of flat optical elements whose focal lengths can be changed by electric signals,
3. The image display apparatus according to claim 1, wherein said first and second display optical systems also serve as said first and second visibility adjusting means, respectively.
使用者の頭部への装着が可能である
ことを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の映像表示装置。
7. The image display device according to any one of claims 1 to 6, wherein the image display device can be attached to the head of a user.
使用者の右眼および左眼に対して第1および第2の映像をそれぞれ表示する第1および第2の映像表示部と、前記第1および第2の映像表示部にそれぞれ対応する第1および第2の表示光学系とを備える映像表示装置にて実行される制御方法であって、
前記第1および第2の表示光学系を介さずに、前記第1および第2の映像表示部に係る視線検出をそれぞれ行う視線検出工程と、
前記視線検出工程の検出結果から取得される注視点の位置における前記第1の映像と前記第2の映像との視差に対応する視度調整量を算出する算出工程と、
前記視度調整量にしたがって前記第1および第2の映像表示部に係る視度調整を行う視度調整工程と、を有する
ことを特徴とする映像表示装置の制御方法。

first and second image display units that respectively display first and second images to the right eye and left eye of a user; and first and second image display units corresponding to the first and second image display units, respectively. A control method executed by a video display device comprising a second display optical system,
a line-of-sight detection step of performing line-of-sight detection for each of the first and second image display units without passing through the first and second display optical systems;
a calculation step of calculating a visibility adjustment amount corresponding to the parallax between the first image and the second image at the position of the point of gaze obtained from the detection result of the sight line detection step;
and a visibility adjustment step of performing visibility adjustment for the first and second image display units according to the visibility adjustment amount.

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